Открыт трехмерный аналог графена

Двумя наиболее перспективными новыми материалами для высоких технологий сегодня являются графен и топологические изоляторы (кристаллические вещества, со свойствами проводника на поверхности и диэлектрика в объеме). Оба они своими уникальными характеристиками обязаны 2D-дираковским фермионам (фермионам, не являющимися собственными античастицами, в противоположность фермионам Майораны).

Физик Оксфордского Университета Юлин Чень (Yulin Chen) вместе с коллегами из Berkeley Lab получил первое экспериментальное подтверждение наличия недавно предсказанных теоретиками 3D-дираковских фермионов в объеме материала. Благодаря этому, магниторезистивность последнего имеет линейную ненасыщаемую характеристику и может быть на порядки величин больше, чем в материалах, используемых в современных жестких дисках.

Работа исследователей привела к открытию, заключающемся в том, висмутат натрия (Na₃Bi) может существовать как форма квантового состояния материи под названием трехмерный топологический дираковский полуметалл (3DTDS).

«3DTDS это натуральный трехмерный аналог графена с такими же или даже лучшими мобильностью и скоростью электронов», – пишет Чень в статье, опубликованной по результатам исследования в журнале Science. По его прогнозам, открытие 3DTDS также позволит исследовать и использовать другие необычные физические явления, в том числе гигантский диамагнетизм, уникальные уровневые структуры Ландау в сильных магнитных полях и осциллирующие квантовые спиновые эффекты Холла.

Висмутат натрия слишком неустойчив, чтобы использоваться в технике без надлежащей изоляции от воздействия окружающей среды, но его открытие позволит активизировать поиск других материалов 3DTDS, более подходящих для практических приложений, в частности, в области спинтроники.

Для анализа электронной структуры ученые использовали синхротронный источник излучения третьего поколения Advanced Light Source (ALS) Beamline 10.0.1 и метод ARPES (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365